셰일가스 개발 현황과 파급효과 전망 제29회 한국공학한림원 에너지포럼 2012. 7. 4. 김 기 중 에너지경제연구원.

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1 셰일가스 개발 현황과 파급효과 전망 제29회 한국공학한림원 에너지포럼 김 기 중 에너지경제연구원

2 목 차 Ⅰ. 셰일가스란? Ⅱ. 셰일가스 생산기술의 특징 Ⅲ. 셰일가스 매장량 및 생산비 Ⅳ. 미국 내 셰일가스 개발동향
Ⅴ. 미국 외 지역 셰일가스 개발동향 Ⅵ. 지역별 셰일가스 개발 여건 Ⅶ. IEA의 비전통가스 개발확대 시나리오 분석 Ⅷ. 천연가스시장의 특성 및 가격동향 Ⅸ. 셰일가스 개발확대의 파급효과 전망 Ⅹ. 셰일가스 개발확대 대응방안(?)

3 Ⅰ. 셰일가스란? 전통가스는 배사구조 내 석유와 함께 생산되는 수반가스와 가스만으로 생산되는 건성가스로 구분
비전통가스는 암석 또는 탄층의 미세한 틈새에 존재하는 천연가스로서, 지층의 종류에 따라 셰일가 스(혈암, shale rock), 치밀가스(사암, tight sand), 탄층가스(석탄층, coal-bed) 등으로 구분 전통가스와 비전통가스는 개발방식이 다를 뿐, 화학적 조성은 동일 전통가스는 생산수율 증대 등 필요에 따라 가스의 재주입이 가능하나, 비전통가스는 암석의 균열, 파쇄 등 방법으로 생산하므로 재주입이 불가

4 Ⅱ. 셰일가스 생산기술의 특징(1) 수평시추와 수압파쇄 공법 적용으로 생산량 급증
가스저장층을 따라 굴착하는 수평시추 공법 (horizontal drilling)과 고압(500~1,000기압)의 물을 분사해 혈암을 파쇄하는 수압파쇄 (hydraulic fracturing) 공법 적용 수압파쇄는 1940년대, 수평시추는 1970년에 석 유산업에서 적용 미국 Barnett 셰일지구에서 1999년 최초로 두 가지 기술을 복합적용하여 상업생산에 성공 Time Zero ; Barnett: 1982, Haynesville: 2008, Fayetteville: 2004, Marcellus: 2008

5 Ⅱ. 셰일가스 생산기술의 특징(2) 전통가스와 다른 개발 공법의 적용으로 비전통가스는 환경문제를 야기 토지, 수자원 관련 문제
식수원 오염, 수자원 부족, 토지 훼손, 지진 유발 공급인프라 관련 문제 가스누출에 따른 온실가스(메탄) 발생 중질분 위주 생산정의 경우 수반가스 처리시설 및 파이프라인 인프라 부족 시 소각(flaring)에 의한 대기오염 < 자원개발 시 소요 수자원량 비교 > (단위: m3/Terajule) 생산 정제 천연가스 전통가스 0.001~0.01 (파쇄 수반) 0.005~0.05 치밀가스 0.1~1 셰일가스 2~100 석유 전통석유 0.01~50 5~15 0.05~50 치밀오일 5~100 1 TJ = 23,000m3 = 18.6 LNG tons 물 필요량 : 0.1~5.5톤/LNG ton

6 Ⅲ. 셰일가스 매장량 및 생산비 셰일가스 확인매장량은 187.4조㎥로 전세계가 60년간 사용 가능한 양(EIA)
열량 환산 매장량 : 셰일가스 1,687억 toe, 전통가스 1,684억 toe, 석유 1,888억 toe 현재 확인매장량은 31개국을 대상으로 조사한 것으로, 앞으로 더욱 확대될 수 있으며, 세계 잠재매장 량은 635조㎥로 추정(200년간 사용 가능, ARI 추정). IEA는 2011년말 기준 가채매장량 208조㎥ 추정 셰일가스 개발·생산기술발전으로 생산비는 전통가스 개발·생산비 수준에 접근 < 전통가스와 셰일가스 매장량 비교 > < 천연가스 개발·생산비 비교(2010-US$/MMBtu) > 국가명 전통가스 셰일가스 매장량(조㎥) 비중(%) 미국/ 캐나다 9.4 5 35.4 19 중국 2.8 2 36.1 유럽 18.3 10 17.7 9 러시아 44.8 24 - 중동 75.8 41 세계 187.1 100 187.4 전통가스 셰일가스 CBM 미국 3-7 유럽 5-9 5-10 중국 4-8 3-8 러시아 0-2/3-7* - 3-5 카타르 0-2 * 낮은 비용은 서시베리아 및 볼가-우랄지역, 높은 비용은 동시베리아, 해상가스전, 북극해 등 해당 자료: IEA, Golden Rules for a Golden Age of Gas, May 2012. 자료: EIA, BP.

7 Ⅳ. 미국 내 셰일가스 개발동향(1) 2011년 셰일가스 생산량은 6.4tcf(약 1.3억 LNG톤)로서 천연가스 총생산의 28% 추정. 2035년 50%까 지 확대 전망 미 에너지정보청(EIA)의 천연가스 가격 전망은 매년 하향조정 추이를 보임. 이는 셰일가스의 생산 증대 전망에 기인 2030년 Henry Hub 가격전망치 변화 : $9/MMBtu (2009년 전망) → $8/MMBtu (2010년 전망) → $6중반/MMBtu (2011년 전망) 자료: EIA, FGE

8 Ⅳ. 미국 내 셰일가스 개발동향(2) 셰일가스 생산이 본격화한 2008년 이후 천연가스 가격과 전력가격이 동반하락 추세를 보임. PJM 시장의 2012년 1/4분기 전력도매가격은 2008년 1/4분기 대비 55% 하락($69.35→$31.21/MWh) 전력도매가격 하락은 가스가격 하락과 이상난동이 원인 가스가격 하락으로 석탄발전 비중 감소 석탄발전 비중 2008년 3월 51% → 2012년 35% 가스발전 비중 30%까지 육박. 원전 비중은 일정 수준 유지 < PJM, HH 및 발전용 가스 구입단가 > < 전원별 발전량 변화 추이 >

9 Ⅳ. 미국 내 셰일가스 개발동향(3) 2000년대 들어서 국내 생산량 감소 및 캐나다의 수출여력 감소로 LNG 수입을 개시했으나, 현재는 셰일 가스 등 비전통가스의 생산 증대로 LNG 수출을 검토 중 금년 5월 현재 총 14개 프로젝트(1억 2,900만톤/년)가 제안된 상태이며, 이 중 Cheniere사의 Sabine Pass LNG 프로젝트는 FTA 및 Non-FTA 국가에 대한 수출승인을 득한 상태 미국의 FTA 체결국 : 캐나다, 칠레, 도미니카 공화국, 멕시코, 칠레, 한국 2018년 이전 공급가능 물량은 최대 4,000만~5,000만톤 수준 전망 아·태시장 현물가격 기준 10% 수익률 확보 가능 프로젝트는 Sabine Pass, Cameron, Freeport, Lake Charles 이며, 이들 프로젝트의 액화용량은 5,000만톤/년 정도 < 아시아와 미국 가스가격 전망 > 자료: Wood Mackenzie,

10 Ⅳ. 미국 내 셰일가스 개발동향(4) 거시경제적 영향 석유화학 및 발전 부문 Shale Gas & Shale Oil
석유화학 산업 - 저렴한 원료·유틸리티 비용으로 국제경쟁력 강화 - 에틸렌 생산원가(2005년→2010년): 북미 580달러/톤 → 510달러/톤, 동북아 190달러/톤 → 560달러/톤 발전산업 - 온실가스 배출이 적고 저렴한 가스가 석탄 대체 기타 에너지집약 산업 - 연료비 절감으로 국제경쟁력 강화 산업생산 증대 등 경기회복 (특히, 석유화학산업계 투자 및 고용증대) 고용창출 2010년(60만) → 2015년(87만) → 2035년(160만) 셰일가스의 GDP 증가 기여분 2010년($760억) → 2015년($1,180억) → 2035년($2,310억) Shale Gas & Shale Oil - 2035년 세계최대 가스생산국 - 수입국에서 수출국으로 전환 (순수입: 71bcm  -33bcm) - 총 천연가스 중 셰일가스 비중 2035년 50%까지 증가 2035년까지 $1.9조 투자예상 -가스가격은 2010년 달러기준 -석유가격은 2009년 달러기준 세수 확대 2010년(18.6b)  2035년($57b) (향후 25년간 933b 증가) 가계 가처분소득 증가 (2015년까지 년 $956) 천연가스 가격($/MMBtu) 석유 가격($/bbl) 2008년($12.2) → 2010년($4.4) → 2020년($5.4) → 2035년($7.1) 2009년($59.0) → 2010년($74.9) → 2015년 ($86.8) → 2020년($98.7) → 2035년($113.7)

11 Ⅴ. 미국 외 지역 셰일가스 개발동향 독일 유럽은 아직 상업생산 단계에 이르지 못했으나, 광구분양, 탐사 추진 중 프랑스
중국은 세계 최대 셰일가스 매장국이며, 대규모 개발 목표 수립과 기술획득을 위해 미국에 진출 독일 ExxonMobil은 셰일가스광구 임차 선도기업이며, 5개의 시험정 시추 Realm Energy, BNK Petroleum, 3Legs Resources, BG 등이 셰일가스 탐사권 보유 프랑스 Total이 미국의 Devon과 함께 셰일가스 탐사 진행 다수의 기업들이 프랑스 남동분지의 셰일가스 탐사 개시 영국 Euro Energy 및 Cuadrilla Resources가 탐사정 시추 Island Gas, Celtique Energy는 탐사권 확보 Eden Energy사(영)는 탐사권 확보 후 공동투자자 물색 중 폴란드 폴란드 국영가스기업인 PGNiG와 ConocoPhillips, Chevron, Marathon 등 메이저들이 Baltic 분지에 있는 셰일광구 임차 가장 적극적인 기업은 Lane Energy Poland의 자회사인 3Legs Resources로 ConocoPhillips와 함께 셰일가스 탐사정 시추 중국 중국 국가에너지청(NEA)은 12차5개년 셰일가스계획(2012.3)에서 2015년경 셰일가스 생산목표 6.5bcm 설정, 2035년 가스생산의 62% 셰일가스 차지 전망 국토자원부가 셰일가스연구센터(National Gas Shale Research Center) 설립 PetroChina, Sinopec 시추안 분지에 셰일가스 탐사정 시추 CNOOC는 미국 Chesapeake사의 Eagle Ford 셰일자산 지분 33% 매입(10.11) CNPC는 Shell사의 캐나다 BC주 Groundbirch 셰일자산 지분 20% 매입(12.2) Sinopec은 Devon Energy의 5개 셰일광구 지분 33% 인수. 수압파쇄기술 회사인 프랙테크 지분 30% 인수 추진 중

12 Ⅵ. 지역별 셰일가스 개발 여건 유럽, 중국 등은 수자원, 토지소유권, 인구밀도, 지질구조, 인프라 확보, 시장규제제도 등의 차이로 2020년 이후에나 셰일가스 개발이 본격화될 전망 미국 중국 유럽 수자원 문제 수자원은 풍부하나 수압파쇄공법 관련 개발규제 강화 수자원이 부족한 타림, 중가르, 차이담 분지 등에 자원량이 많음. 수압파쇄공법 금지 등 개발규제 강화 EU 수질관리기본지침, 지하수관리지침, 신화학물질관리제도 토지소유권 광물권 및 지상권이 개인 소유 광물권 및 지상권 정부소유 광물권 및 지상권은 정부주도가 일반적 지질구조 이미 다수 가스전 개발 및 생산 중 상대적으로 지표조건이 불량하여 well design 불리 미국보다 깊은 가스전 심도 및 복잡한 지질구조 인프라 확보 인력, 시추장비 및 배관인프라 풍부 약 2,000개의 시추장비 인력, 시추장비 및 파이프라인 인프라 미흡 셰일가스 시추장비 미흡 가스수송 인프라 확충 필요 기술 확보 첨단기술 확보 및 메이저 기업 진출 기술확보를 위해 메이저들과 기술협력 추진 첨단기술 적용 가능 규제제도 자유경쟁시장으로 기술개발 및 생산 활발 국영기업 중심 산업구조로 자금조달 애로 가능성 대두 가격제도 개혁 필요 중부·동유럽 국가의 정부주도 가스시장 독점으로 고비용 생산 우려

13 Ⅶ. IEA의 비전통가스 개발확대 시나리오 분석(1)
Golden Rules Case (GRC): 환경 보존 등 관련 조건들이 충족되어 비전통가스자원 개발이 확대 세계 비전통가스(주로 셰일가스) 생산량은 2035년 1.6tcm으로 증가 2010년 비전통가스 생산량 대비 세 배 이상 증가 국제 가스시장에서 미국이 핵심적 역할을 하고 중국은 메이저 생산국으로 부상 가스가격 하락, 투자촉진, 고용창출 세계 가스수요는 2035년까지 50% 이상 증가 Golden Rules 적용 시 평균 생산비는 7% 상승하나 최적화를 통해 상쇄 가능 Low Unconventional Case (LUC): 대중적 수용성 부족으로 비전통가스자원 중 적은 비중만 개발 2035년까지 전반적인 비전통가스 생산은 현재 수준을 약간 상회하는 수준으로 전망 높은 가격과 낮은 가용성으로 세계 에너지믹스에서 가스의 경쟁력은 낮아짐. 에너지관련 CO2 배출량은 GRC 보다 1.3% 높음. Golden Rules: 지역사회와의 소통, 투명성, 시추지역 선정 최적화, 수자원 오염 최소화, venting, leaking, flaring 최소화, 규모의 경제의 극대화 ⇒ 비전통 가스자원 개발기술의 ‘대중적 수용성’을 확보하여 동 사업의 ‘사회적 운영권(social license to operate)’을 획득하기 위한 필요조건들을 지칭 11

14 Ⅶ. IEA의 비전통가스 개발확대 시나리오 분석(2)
시나리오별 국제 파급효과 <수급> GRC LUC 세계 에너지믹스에서 가스 비중은 2035년 25%로 상승 (1차 에너지원 중 석탄을 제치고 2위로 부상) 총 가스 생산량에서 비전통가스 비중은 2035년 32%로 증가 (현재 14%) 비전통가스 생산 증가량의 대부분은 2020년 이후 발생 예상 러시아, 중동의 수출은 20% 증가하나 점유율은 45%에서 35%로 감소 세계 에너지믹스에서 가스 비중은 2035년 22%(석탄보다 낮은 비중) 지역 간 가스 교역량의 증대 북미지역에서 상당한 LNG 수입수요 전망 전통 가스자원보유국 지위 강화 <가격> (단위: 2010-US$/MMBtu) GRC LUC 신정책 2010 2020 2035 미국 4.4 5.4 7.1 6.7 10.0 8.2 유럽 7.5 10.5 10.8 11.6 13.1 12.2 일본 11.0 12.4 12.6 14.3 15.2 14.2 GRC와 LUC 간의 가격차는 천연가스 공급능력 차이에 기인 GRC에서는 비전통가스 공급증대로 가스가 격이 하락 LUC에서는 가스공급능력 부족으로 2011년 신정책 시나리오 하의 가격전망보다 오히려 높게 나타남.

15 Ⅷ. 천연가스시장의 특성 및 가격동향(1) 세계 천연가스 교역은 PNG(pipeline natural gas)와 LNG 형태로 구분 LNG 교역 비중은 20%대에 머물다가 2007년 30%에 도달. 2011년 32%로 향후 더욱 증가 전망 국제 LNG 시장은 아·태, 유럽, 북미 등 3개 시장으로 분리 아·태시장 : 한국, 중국, 일본, 대만 등 주요 LNG 수입국 집중. LNG 수입의 80~90%는 유가에 연동된 가격공식하의 중장기 계약. 셰일가스 이용을 위해서는 LNG 형태의 교역 필요 유럽시장 : 러시아 PNG 의존도(약 30%) 감소를 위해 LNG 도입 확대 중. LNG 계약가격은 유가 또는 중유 등 대체연료의 바스켓에 연동. 유럽의 LNG 현물가격은 기온, 아·태시장 현물 수요, 대륙의 PNG 공급여력에 따라 등락 북미시장 : 역내에서는 PNG 형태로 교역이 이루어지며, LNG 수입가격은 역내 시장가격(Henry Hub 가격)에 연동하여 결정 Unit: bcm

16 Ⅷ. 천연가스시장의 특성 및 가격동향(2) 미국 : 셰일가스 생산 확대 및 이상난동으로 2011년초 MMBtu당 4.54달러이던 Henry Hub 가격이 2012년초 10년 내 최저수준(2.10달러) 이하로 하락 유럽 : 2010년 이후 수급 사정에 따라 계약가격과 현물가격이 유사한 수준을 유지하였으나, 2011년 동절기는 온난한 기후로 현물가격이 계약가격을 하회 아태지역 : 일본 원전사태 이후 현물가격이 장기계약가격보다 가파르게 상승 ⇒ 아시아 프리미엄을 완화하고 가스수급 상황에 따른 가격결정을 위해 미국 LNG 도입 추진 중

17 Ⅸ. 셰일가스 개발확대의 파급효과 전망 국제 파급효과 국내 파급효과 LNG 수출 프로젝트 확대 및 천연가스 가격의 하향 안정화
에너지자원의 무기화를 부분적으로 약화 전반적인 가격 하향안정화 및 수급 안정으로 각국의 가스이용 정책 재평가 에너지플랜트용 강재 수요 증가, 가스원료 중 심의 석유화학산업 성장 등 천연가스 전후방 연관산업 시장구조 변화 가능 도입 부문 도입선 다변화로 도입협상력 증대 LNG 도입 유연성 제고 및 저가 LNG 도입 국내 기업의 천연가스 개발·도입 사업 확대 발전 부문 전원믹스 변화, 민간참여 확대 석유화학 부문 북미, 중국의 원료비·연료비 하락으로 고유가 지속 시 내국기업의 경쟁력 하락 철강 부문 강재수요 증가, 미·중의 철강제조원가 하락 유가 수준 환경규제기준, 관련 기술의 개발·적용 및 생산비 상승 메이저들의 LNG 시장 분리 유지 및 가스가격 결정 정책 저열량 LNG 수요 및 미국시장가격 노출 위험 선호도 미국 내 가스수요 및 LNG 수출정책 변화 가능성 세계적인 셰일가스 개발 확대 15

18 Ⅹ. 셰일가스 개발확대 대응방안(?) 개발 부문 도입 부문 발전 부문 석유화학 부문
자원개발, 플랜트 및 LNG 사업 연계 진출 자산매입, 전문인력 확보·양성을 통한 기술력 제고 자원개발 공기업과 민간기업 간 시너지 효과 를 확대하는 비전통 에너지자원 개발 방안 수 립 미국의 셰일가스 생산 확대에 따른 에너지 플 랜트용 강재 수요를 활용하기 위해 고부가가 치 특수강 부문 진출 저가 및 유연한 물량 확대 도입 도입선 다변화로 도입협상력 증대 단순도입 이외에 고부가가치 상류부문 진출 LNG 트레이딩 사업 등 신규 사업 진출 다양한 사업자의 참여 확대 및 사업모델 개발 도입조건 개선효과를 극대화하기 위한 설비 확충 미국산 LPG 생산증대를 지렛대로 CP 인하 유도 발전 부문 석유화학 부문 발전용 천연가스 이용 확대 가능성 및 정도 등 을 파악하여 전력공급능력 확충방안 마련 원자력, 신재생 등 장기전원믹스 최적화 원료다변화를 위한 시설 보완 납사 이외에 콘덴세이트와 LPG 사용 납사로부터 경쟁력 있는 downstream 전개 고부가 PE 제조, 에틸렌으로 고부가 올레핀, 방 향족 화합물 제조 미국내 셰일가스 직접 활용 에탄크래커 설비 인수·신설을 통한 현지사업화 석유화학공정 패키지화를 통한 국외가스전 개 발 16

19 <참고> Sabine Pass LNG와 기존 LNG 가격 비교(예시)
Henry Hub-priced LNG delivered cost = 115% × Henry Hub price + $ shipping cost Assuming Henry Hub price stays at or below $6/MMBtu and an LNG price formula of 14.85% of JCC + $0.75, oil price exposure becomes capped at around $85/bbl. Henry Hub Price ($/MMBtu) 5.00 6.00 7.00 FOB Price ($/MMBtu) 8.75 9.90 11.05 Shipping to Korea ($/MMBtu) 3.50 DES Price ($/MMBtu) 12.25 13.40 14.55 Compared to a formula of 14.85% JCC + $0.75 slope ($/bbl) 77.44 85.19 92.93 < Henry Hub 가격과 JCC 가격 추이 > $/bbl $/MMBtu Henry Hub JCC 17

20 감사합니다.